新型離子膜面世，將大幅提升儲能裝備效率

　　4月26日的《自然》雜志發(fā)表了一項(xiàng)中國科學(xué)家的重要成果：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)徐銅文、楊正金團(tuán)隊與合作者設(shè)計了一類新型離子膜——微孔框架聚合物離子膜，首次實(shí)現(xiàn)膜內(nèi)近似無摩擦的離子傳導(dǎo)，有望應(yīng)用于能源轉(zhuǎn)化、大規(guī)模儲能以及分布式發(fā)電等領(lǐng)域。

　　離子膜，是含功能基團(tuán)的、對溶液里的離子具有選擇透過能力的高分子膜，在清潔能源、節(jié)能減排、能量轉(zhuǎn)換與儲存等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。離子膜關(guān)鍵材料及裝備技術(shù)，屬于重點(diǎn)發(fā)展的國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。

　　離子膜是液流電池、燃料電池等電化學(xué)器件或裝備的關(guān)鍵部件，它既要阻隔正負(fù)極間活性物質(zhì)、防止短路，又要保證離子在充放電過程中高效通過、減少損耗，而傳統(tǒng)離子膜普遍存在“傳導(dǎo)性-選擇性”相互制約、不可兼得的難題。傳統(tǒng)離子膜普遍存在吸水后容易發(fā)生溶脹變形、結(jié)構(gòu)疏松等問題，特別是長時間使用后，可能會發(fā)生結(jié)構(gòu)老化、性能下降。

　　中國科大研究團(tuán)隊經(jīng)過多年研究，創(chuàng)新性地設(shè)計了一種具有貫通亞納米離子通道的微孔框架離子膜材料，同時在通道中進(jìn)行了化學(xué)修飾，不僅解決了傳統(tǒng)離子膜材料中離子通道老化和吸水溶脹問題，還兼具高選擇性和高傳導(dǎo)率，離子傳輸更加迅速，在膜內(nèi)實(shí)現(xiàn)了近似無摩擦傳導(dǎo)。使用該膜組裝的液流電池，充放電電流密度可以達(dá)到每平方厘米500毫安，是當(dāng)前普遍報道值的5倍以上。

　　中國科大研發(fā)的這種國產(chǎn)離子膜有望大幅提升液流電池等儲能裝備的效率，在我國太陽能、風(fēng)能等新能源的儲能領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前，項(xiàng)目孵化的特種離子膜產(chǎn)品已申請中國發(fā)明專利，研究人員正加緊實(shí)現(xiàn)該型離子膜的量產(chǎn)。

　　1949年美國人發(fā)明了離子膜，并于1950年成功研制了第一張具有商業(yè)用途的離子膜。我國的離子膜研究起步于1958年。到上世紀(jì)末，我國的離子膜研究還一直局限于從離子交換樹脂制備的異相離子膜，其電阻大、選擇性差，只能用于初級水處理，與發(fā)達(dá)國家存在較大差距。新世紀(jì)以來，在以徐銅文教授等為代表的中國科學(xué)家的努力下，我國的離子膜研究已經(jīng)從最初的“奮力追趕”，到目前有望實(shí)現(xiàn)“彎道超車”。

　　根據(jù)國際權(quán)威數(shù)據(jù)庫(web of science)的檢索，近10年來，徐銅文領(lǐng)導(dǎo)的課題組在離子交換膜、雙極膜兩個方向的論文數(shù)量穩(wěn)居于國際第一，研究水平在國際上處于領(lǐng)先地位。眼下，徐銅文正著手將科研成果逐個從“實(shí)驗(yàn)室”推向“生產(chǎn)線”，并進(jìn)一步圍繞“雙碳”目標(biāo)，著力為中國膜材料研究注入更多“中國芯”。(經(jīng)濟(jì)日報記者 佘惠敏)